[发明专利]弱光栅检测装置及其检测方法

权利要求书

1.一种弱光栅阵列检测装置，其特征在于，包括小宽带光源（1）、调制模块（2）、放大器（3）、环形器（4）、取样模块（5）和光谱分析仪（6）；小宽带光源（1）提供2~6nm的宽谱连续光功率信号；小宽带光源（1）连接调制模块（2），调制模块（2）输出的光信号经过放大器（3）放大后，通过环形器（4）的一个端口耦合进入待检测对象，所述待检测对象为单个光纤光栅或者包含多个低反射率光纤光栅的弱光栅阵列；环形器（4）的另一个端口连接取样模块(5)；取样模块（5）连接光谱分析仪（6）。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，调制模块（2）包括第一SOA高速光电开关（8）和信号发生器（9），第一SOA高速光电开关（8）与小宽带光源（1）连接，信号发生器（9）对通过第一SOA高速光电开关（8）的光源信号进行调制并放大，调制输出的光脉冲宽度小于20ns，信号发生器（9）产生两路同源的周期性脉冲信号，第一路信号输出给第一SOA高速光电开关（8）；

取样模块（5）包括第二SOA高速光电开关（10），其与环形器（4）、信号发生器（9）和光谱分析仪（6）连接，信号发生器（9）产生的第二路信号输出给第二SOA高速光电开关（10），调节第二路信号，使其与第一路信号产生时延，该第二SOA高速光电开关（10）以ns级开关速度对环形器（4）输出的、经光纤光栅反射回来的光脉冲在时域内进行选择和分离；当第二SOA高速光电开关（10）打开时，允许到达的光信号通过并进行放大；否则，吸收光信号。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，当所述待检测对象为弱光栅阵列时，光纤光栅之间的间隔距离大于：其中c为真空中的光传播速度，n=1.5为光纤纤芯的折射率，t1为调制模块（2）的调制脉冲宽度，t2为取样模块（5）的取样脉冲宽度。 

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，放大器（3）为掺铒光纤放大器。

5.一种弱光栅检测方法，其基于权利要求1的装置，其特征在于，包括以下步骤：

将已测定反射率的标准光栅与环形器的输出端口熔接，通过调节调制模块得到相应的调制脉冲频率和脉冲宽度，精确调节脉冲串之间的延时，使标准光栅的反射峰最大，通过光谱分析仪测得标准光栅的反射谱，得到标准光栅的峰值功率：

将在线刻写的单个光纤光栅或者包含多个低反射率光纤光栅的弱光栅阵列的一端与环形器的输出端口熔接，并将另一端浸入匹配液中，以减小端面反射的影响；

确定调制脉冲频率和脉冲宽度，当待检测对象为弱光栅阵列时，则根据调制脉冲频率和脉冲宽度确定光栅之间的间隔距离；

通过信号源调节两路同源的周期性脉冲信号，使两路信号产生时延；

根据光谱分析仪中反射光信号的强度判定是否存在布拉格反射光信号，若存在，则再精确调整脉冲串之间的时延，使反射峰值最大，再根据时延计算光纤光栅的位置；

比较光栅反射峰值功率与标准光栅反射峰值功率之间的差异，计算被测光栅的反射率。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当检测到满足要求的布拉格反射光信号时，对应的反射光栅距离调制模块的距离其中τ为时延，c为真空中的光速，n_e为纤芯的有效折射率。 

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当待检测对象为弱光栅阵列时，弱光栅阵列中第i个光栅的反射率Ri为：R_i＝R₀-(P_r-P_i)+Δ_i，其中P_r为5标准光栅的峰值功率，P_i为第i个光栅的峰值功率，R₀为标准光栅的反射率，Δ_i为反射率修正值。 

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于： 

对于不同波长的弱光栅阵列，Δ_i的计算公式为：Δ_i＝2*α*L_i，其中α为光纤的衰减系数，L_i为第i个反射光栅距离调制模块的距离； 

对于相同波长的弱光栅阵列，Δ_i的计算公式为：Δ_i＝2*α*L_i-lg[R(λ)(1-R(λ))^2(i-1)]，其中R(λ)为光栅阵列的平均反射率。